CN102634403A - 一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料 - Google Patents

Abstract

一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料及其制备方法，所述自修复材料由超细颗粒、超分散剂和润滑油制成，超分散剂是超细颗粒质量份数的1％～5％，超细颗粒和超分散剂总质量与润滑油的质量比为1∶50，其中所述超细颗粒按质量份数比由70～80份硅酸盐矿石、1～10份铁、1～10份铜、1～5份镍、1～5份铝、1～5份锌、1～5份锰、1～5份铬、1～2份钼和1～2份钛制成，其制备方法通过高频共将上述材料粉碎到100纳米～500纳米，再根据不同使用目的要求，按配比放入球磨机混合，加入超分散剂，球磨3小时；制得的混合物与润滑油按1∶50配比，经超声波使粉体在润滑油中分散。本发明实现机械设备在运行中的不解体修复，是机械设备维修领域新的突破。

Description

一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料

技术领域

本发明涉及表面工程领域，具体涉及一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料及其制备方法。

背景技术

磨擦磨损是自然界普遍存在的现象，全世界能源产生的1/3以上能量用于克服磨擦阻力。磨损是机械材料失效的三种主要形式之一。随着纳米技术的飞速发展，近几年来出现的新型纳米材料，具有与体相材料炯然不同的特性，能够以不同于传统润滑油添加剂的作用方式起到减摩抗磨作用，同时由于纳米颗粒粒度小更容易进入摩擦表面，能够对摩擦表面进行一定程度的填补和修复，起到自修复作用，因此微纳米材料的发展为实现机械设备运行中的不解体维修提供了可能性，在机械设备上具有广阔的应用前景，已引起各国的广泛关注。

自修复材料是通过润滑介质作为载体进入到金属的摩擦副表面，通过摩擦能的作用，在金属摩擦副表面形成一种类金属陶瓷层。由于纳米材料在制备和使用过程中，超细颗粒的表面活性随着粒径减小而增大，极易发生团聚，在润滑介质中易产生沉淀，从而大大影响自修复材料的使用效果。现有的技术方案，多数采用表面活性剂或偶联剂做粉体表面修饰，效果并不理想。此外，目前的自修复材料用于铁基金属摩擦副表面时，有很好的修复效果，而对许多常见的铁基合金材料，或者经过表面处理(如：电镀)的金属摩擦副，则无法在其表面形成修复层。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料及其制备方法，通过该材料的制备，得到一种粒径均匀(500纳米～100纳米之间)，在润滑介质里实现稳定分散，并对各种金属介质的摩擦副表面，均具有修复功能的自修复材料。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料，所述材料由超细颗粒、超分散剂和润滑油制成，超分散剂是超细颗粒质量份数的1％～5％，超细颗粒和超分散剂总质量与润滑油的质量比为1∶50，其中所述超细颗粒按质量份数比由70～90份硅酸盐矿石、1～10份铁、1～10份铜、1～5份镍、1～5份铝、1～5份锌、1～5份锰、1～5份铬、1～2份钼和1～2份钛制成。

本发明所述的硅酸盐矿石为滑石、蛇纹石、石英石及角闪石中的一种或几种任意比混合。

本发明所述的一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料的制备方法是由下述步骤制得：

步骤一：将硅酸盐矿石、铁、铜、镍、铝、锌、锰、铬、钼和钛分别通过高频共振粉碎到100纳米～500纳米。再根据不同使用目的要求，按质量份数比70～90份硅酸盐矿石、1～10份铁、1～10份铜、1～5份镍、1～5份铝、1～5份锌、1～5份锰、1～5份铬、1～2份钼和1～2份钛的配比混合得到超细微粒；

步骤二：将超细微粒放入球磨机内混合3小时，再按质量百分比加入1％～5％超分散剂，继续球磨3小时，得到混合物；

步骤三：将步骤二中制得的混合物与润滑油按1∶50的质量比配比，经超声波使粉体在润滑油中分散，即得到具有稳定分散特性的纳米自修复材料。

步骤二中所述的超分散剂采用聚羧酸盐或聚丙烯酸盐。

本发明的有意效果是：

(1)通过本发明制备出的自修复材料可以润滑介质作为载体进入到金属的摩擦副表面，通过摩擦能的作用，在金属摩擦副表面形成一种类金属陶瓷层，为实现机械设备运行中的不解体维修提供了可能性，在机械设备上具有广阔的应用前景。

(2)通过高频振动原理得到纳米颗粒，粒径均匀，得率较高。

(3)经过超分散剂改性过的纳米材料不易发生团聚，在润滑介质中，也不易沉淀，从而能够使纳米材料的优势得到充分发挥。

(4)铁、铜、镍、铝、锌、锰、铬、钼、钛等材料的纳米颗粒在自修复材料中的应用，使常见的合金材料摩擦副同样可以实现修复。

(5)本发明制备工艺简单，主要原料为矿石，容易取得，价格低廉。

(6)本发明所涉及的材料，使用的制备工艺均对环境无害，可以实现大规模工业生产及应用。

本发明是表面工程领域的前沿技术，通过制备成的具有稳定分散特性的纳米自修复材料，实现机械设备在运行中的不解体修复，改变了现有机械设备“以修为主、以修代保”的传统保障模式，实现了真正意义上的“运行中保养、不解体修复”，是机械设备维修领域新的突破。

附图说明：

图1为具体实施方式四实验示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料，由超细颗粒、超分散剂和润滑油制成，超分散剂是超细颗粒质量百的1％～5％，超细颗粒和超分散剂总质量与润滑油的质量比为1∶50，其中所述超细颗粒按质量份数比由70～90份硅酸盐矿石、1～10份铁、1～10份铜、1～5份镍、1～5份铝、1～5份锌、1～5份锰、1～5份铬、1～2份钼和1～2份钛制成。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述超细颗粒按质量份数比75～85份硅酸盐矿石、2～8份铁、2～8份铜、3份镍，4份铝、2份锌、4份锰、3份铬、1.5份钼和1.5份钛的配比制成。

本实施方式中所述的硅酸盐矿石为滑石、蛇纹石、石英石及角闪石中的一种或其中几种的混合。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述超细颗粒按质量份数比80份硅酸盐矿石、4份铁、6份铜、2份镍、2份铝、3份锌、3份锰、2份铬、1.6份钼和1.4份钛的配比制成。

具体实施方式四：一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料的制备方法是由下述步骤制得：

步骤一：将硅酸盐矿石、铁、铜、镍、铝、锌、锰、铬、钼和钛分别通过高频共振粉碎到100纳米～500纳米，按质量份数比70～90份硅酸盐矿石、1～10份铁、1～10份铜、1～5份镍、1～5份铝、1～5份锌、1～5份锰、1～5份铬、1～2份钼和1～2份钛的配比混合得到超细微粒；

步骤二：将超细微粒放入球磨机内混合3小时，再按质量百分比加入1％～5％超分散剂，继续球磨3小时，得到混合物；

步骤三：将步骤二中制得的混合物与润滑油按1∶50的质量比配比，经超声波使粉体在润滑油中分散，即得到具有稳定分散特性的纳米自修复材料。

步骤二中所述的超分散剂采用聚羧酸盐或聚丙烯酸盐。

具体实施方式五：使用MMW-1A型摩擦磨损试验机，进行大止推圈摩擦磨损试验，上下试样均为45#钢，载荷750N；转速200r/min，试验时间为30h。润滑剂分别为：(1)长城15W40CD柴油机油；(2)按2％比例加入金属自修复材料的长城15W40CD柴油机油。试验前后用电子天平对试件进行称量。当以长城15W40CD柴油机油为润滑剂润滑时，试件经30h的摩擦试验后磨损量平均为3.19mg，而以含添加剂润滑油润滑下的试样的磨损量平均为0.24mg。此外在使用本发明所述的自修复材料后，摩擦系数较普通润滑油有明显降低。造成这种现象的原因是当润滑油中含有自修复材料时，在摩擦磨损过程中摩擦副的表面形成了一层自修复膜层，从而使原来的钢与钢接触变为修复膜与修复膜接触，而这种膜的摩擦系数较小，因此造成摩擦副的摩擦系数较小。说明自修复材料的加入可以较大幅度地降低摩擦副的磨损量，起到良好的抗磨修复摩擦副表面的功效。

具体实施方式六：上汽集团南京某配件厂一台MG1060高精度无心磨床主轴抱死，该厂原维修计划是更换主轴和轴瓦，需停产一个月。经技术人员检测后，对主轴和瓦的烧结处进行了简单打磨，刮研，在机床润滑系统中添加金属自修复材料150克，开机空载运转三十小时，经检测、试验后，该设备投入正常生产。两周后再次检测，主轴精度已恢复到出厂标准。、

具体实施方式七：山东枣庄矿务局柴里矿一组3台SDNQ-710-22.4减速机(1990年安装使用)，齿轮均出现异响；输出轴漏油严重。拟停机大修。按每台10千克添加本发明所述的自修复材料，随即投入正常生产，运转2个月之后，设备异响消失；漏油情况得到了明显的改善。输出轴与密封圈之间只有轻微渗油。同时该设备运行温度降低；未加入前，减速机的运行温度为56℃左右，使用2个月后，减速机的运行温度为50℃左右。除去现场环境温度变化的影响，减速机的运行温度下降2℃。且节能效果明显，同样工况下，电耗降低约5％。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神及范围的情况下，做出各种等同变换或变化的技术方案属于本发明的保护范畴，由各项权利要求限制。

Claims (5)

1.一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料，其特征在于所述材料由超细颗粒、超分散剂和润滑油制成，超分散剂是超细颗粒质量份数的1％～5％，超细颗粒和超分散剂总质量与润滑油的质量比为1∶50，其中所述超细颗粒按质量份数比由70～90份硅酸盐矿石、1～10份铁、1～10份铜、1～5份镍、1～5份铝、1～5份锌、1～5份锰、1～5份铬、1～2份钼和1～2份钛制成。

2.根据根利要求1所述的一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料，其特征在于所述超细颗粒按质量份数比75～85份硅酸盐矿石、2～8份铁、2～8份铜、3份镍，4份铝、2份锌、4份锰、3份铬、1.5份钼和1.5份钛的配比制成。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料，其特征在于所述的硅酸盐矿石为滑石、蛇纹石、石英石及角闪石中的一种或其中几种的混合。

4.一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料的制备方法，其特征在于是由下述步骤制得：

步骤一：将硅酸盐矿石、铁、铜、镍、铝、锌、锰、铬、钼和钛分别通过高频共振粉碎到100纳米～500纳米后，根据不同使用目的要求，按质量份数比70～90份硅酸盐矿石、1～10份铁、1～10份铜、1～5份镍、1～5份铝、1～5份锌、1～5份锰、1～5份铬、1～2份钼和1～2份钛的配比混合得到超细微粒；

步骤二：将超细微粒放入球磨机内混合3小时，再加入超细颗粒质量的1％～5％的超分散剂，继续球磨3小时，得到混合物；

步骤三：将步骤二中制得的混合物与润滑油按1∶50的质量比配比，经超声波使粉体在润滑油中分散，即得到具有稳定分散特性的纳米自修复材料。

5.根据权利要求4所述的一种具有稳定分散特性的纳米自修复材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的超分散剂采用聚羧酸盐或聚丙烯酸盐。

Images